落葉松基泡沫炭的制備與結(jié)構(gòu)調(diào)控研究.pdf

1、泡沫炭具有較高的孔隙度、質(zhì)輕、耐酸堿、耐高溫、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點，在催化、吸附凈化、醫(yī)療、建筑、航空航天、軍事等領(lǐng)域展示出誘人應(yīng)用前景。有序泡沫炭具有有序的孔道結(jié)構(gòu)和規(guī)則孔泡形狀，可以作為電容器的電極材料，大分子污染物的吸附劑，還可以作為催化劑的優(yōu)良載體，等等。但其制備原料僅限于煤基、石油基的聚氨酯、酚醛樹脂和中間相瀝青，鑒于生物質(zhì)原料的巨大儲量和可再生性，如實現(xiàn)利用生物質(zhì)原料制備有序泡沫炭將具有重大現(xiàn)實和理論意義。本文嘗試以農(nóng)林廢棄物——

2、落葉松木屑為原料，運用液化技術(shù)，再通過樹脂化、炭化等步驟合成了幾種不同的泡沫炭，通過添加不同的表面活性劑，再通過調(diào)節(jié)發(fā)泡劑用量和后期活化等手段可以進行泡沫炭的孔徑結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)控制，并對制得的有序泡沫炭的吸附和催化性能進行了系統(tǒng)評價。論文主要內(nèi)容如下:
　　結(jié)合了聚乙二醇(PEG)的分散效應(yīng)和自組裝功能泡沫炭的孔結(jié)構(gòu)在納米尺度上可控，合成出了孔結(jié)構(gòu)可控的蜂窩狀高比表面積有序泡沫炭。PEG分子在落葉松樹脂體系中分散、展開，并且占據(jù)空間，一

3、部分分子進一步形成有序的網(wǎng)狀和帶狀結(jié)構(gòu)，并同樹脂相互作用形成了穩(wěn)定的聚合物。自發(fā)泡過程中同時形成完整的蜂窩狀孔泡和良好的預(yù)孔;炭化后在韌帶、節(jié)點和孔泡壁上生成大量的微孔和介孔。在800℃炭化后樣品中有序結(jié)構(gòu)生成，泡沫炭的比表面積和孔容分別可高達(dá)1580.97 m2/g和0.885 cm3/g。隨PEG濃度的增加;生成的有序介孔數(shù)量增加，泡沫炭的蜂窩結(jié)構(gòu)更趨有序。由于微孔和介孔同時存在，泡沫炭對苯酚展示出良好的吸附性能。CF-PEG-2.

4、0-800更有利于對維生素B12（有效尺寸2.09 nm）的吸附，歸因于尺寸集中在3.89 nm的大量介孔，它們可以允許大分子進入到孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部;泡沫炭對大豆油、油酸、液體石蠟等油也有較好的吸附性能，吸附量可達(dá)21～26 g/g，粘度越小，極性越強的油，越容易被吸附。
　　使用落葉松樹脂在酸性條件下加入嵌段共聚物P123，合成了高強度微孔泡沫炭，通過調(diào)變發(fā)泡劑用量和P123的添加量來調(diào)節(jié)泡沫炭的孔結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。結(jié)果表明:隨著發(fā)泡劑

5、用量的減少，泡沫炭的密度增大，壓縮強度增大;使用25 ml發(fā)泡劑能獲得較高的壓縮強度且密度較小的泡沫炭。P123在酸性條件下能有效增加泡沫炭的強度，分別添加7 g，10 g和15 g P123的泡沫炭CF-7p-25、CF-10p-25和CF-15p-25的壓縮強度要明顯高于沒添加P123的CF-L-25。添加20 g P123的CF-20p-25的壓縮強度卻同沒添加P123的CF-L相近，表明P123添加過量情況下，P123去除時會導(dǎo)

6、致炭骨架會失去支撐，從而強度降低。泡沫炭在合成過程中會生成一些晶體鹽，它們也對泡沫炭的強度增加起到一定的作用。制得的泡沫炭的密度在0.05～0.1 g/cm3之間，其壓縮強度最高可達(dá)2.4 Mpa。泡沫炭樣品CF-10p-25的強度雖然同CF-7p-25和CF-15p-25相差不多，但其在壓縮情況下具有一定韌性，不易碎，CF-7p-25和CF-15p-25脆性較大，壓縮后即會碎裂。
　　對上一章的高強度微孔泡沫炭進磷酸活化，活化后

7、泡沫炭中形成了大量的介孔，再使用對甲基苯磺酸使其磺化，制得了磺酸基泡沫炭，將其作為固體酸催化劑，催化乙酸乙酯的反應(yīng)。結(jié)果表明:高強度樹脂泡沫F-10p-25ml用20％的磷酸活化2h獲得的泡沫炭CF-10p-2h-20％P具有較高的比表面積和介孔含量，比表面積為629cm3/g，介孔含量可達(dá)70％，具有良好的開孔結(jié)構(gòu)。制得的磺酸基泡沫炭作為固體酸催化劑催化乙酸、乙醇的酯化反應(yīng)，在醇酸比為1∶2，反應(yīng)時間為2h時即可達(dá)到良好催化效果，且磺